JP5876563B1 - Welding material for cast steel parts - Google Patents
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Abstract
【課題】鋳鋼部材に発生した亀裂を現場で確実に補修するための溶接材料を提供する。【解決手段】ニッケルを主成分とし、クロムを0.8重量%〜5.5重量%含む。炭素を0.03重量%〜0.08重量%を含んでいてもよい。ケイ素を0.4重量%〜0.8重量%を含み、かつマンガンを0.7重量%〜1.3重量%を含んでいてもよい。リン及び硫黄をそれぞれ0.01重量%以下含んでいてもよい。【選択図】図2A welding material for reliably repairing a crack generated in a cast steel member on site is provided. The main component is nickel and chromium is contained in an amount of 0.8% to 5.5% by weight. It may contain 0.03% to 0.08% by weight of carbon. Silicon may be included in an amount of 0.4 wt% to 0.8 wt%, and manganese may be included in an amount of 0.7 wt% to 1.3 wt%. Each of phosphorus and sulfur may be contained in an amount of 0.01% by weight or less. [Selection] Figure 2
Description
本発明は、鋳鋼部材に発生した亀裂を補修するために用いる溶接材料に関する。 The present invention relates to a welding material used for repairing a crack generated in a cast steel member.
発電所施設内に設けられる蒸気タービン車室や弁といった鋳鋼製の部材は、その起動・停止時等に伴って熱応力を受け、これが主原因となって亀裂が発生することがある。 Cast steel members such as steam turbine casings and valves provided in power plant facilities are subject to thermal stress when starting and stopping, which may cause cracks mainly.
鋳鋼部材にこのような亀裂が発生した場合には従来、その部分を研削、除去することが行われている。しかし、亀裂を研削、除去した後の鋳鋼部材の肉厚がその必要最小肉厚よりも薄くなると、その鋳鋼部材は使用不能となり、新たなものに交換しなければならない。そこで、研削、除去後にその部分を溶接材で肉盛溶接することも行われている。 When such a crack occurs in a cast steel member, conventionally, the portion has been ground and removed. However, when the thickness of the cast steel member after grinding and removing the crack becomes thinner than the required minimum thickness, the cast steel member becomes unusable and must be replaced with a new one. Therefore, after the grinding and removal, overlay welding of the portion with a welding material is also performed.
肉盛溶接の方法としては、例えば、特許文献1に、鋳鉄母材に溶接肉盛りした後に過冷処理によって硬化させる硬化肉盛り用溶接材料として、材料の基本成分組成を、溶接肉盛りした状態において過冷処理の前後の硬度差が所定値以上になる、シェフラーの組織図における領域に含まれるNi当量及びCr当量を満たすと共に、マルテンサイト変態開始温度が所定温度以下になるようにすることが記載されている。
As a method of build-up welding, for example, in
しかし、前述のような発電所施設内の鋳鋼部材には大型のものが多く、溶接作業を行うために工場に持ち帰るといったことができないので、その溶接は現場で行わざるを得ない。しかし、現場では溶接部の温度管理が難しく、溶接部が急冷して割れが生じる可能性があった。 However, since many cast steel members in the power plant facilities as described above are large and cannot be taken back to the factory to perform welding work, the welding must be performed on site. However, it is difficult to control the temperature of the welded part at the site, and the welded part may be rapidly cooled to cause cracks.
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、鋳鋼部材に発生した亀裂を現場で確実に補修するための溶接材料を提供することにある。 This invention is made | formed in view of said point, The objective is to provide the welding material for repairing the crack which generate | occur | produced in the cast steel member on-site reliably.
前述の目的を達成するための本発明は、鋳鋼部材に発生した亀裂を補修するために用いる溶接材料であって、ニッケルを主成分とし、ニッケル以外の成分として、0.8重量%〜5.5重量%のクロム及び不純物のみを含み、鉄は含まないことを特徴とする。 The present invention for achieving the above-mentioned object is a welding material used for repairing a crack generated in a cast steel member, comprising nickel as a main component and components other than nickel as 0.8 wt% to 5. It contains only 5% by weight of chromium and impurities, and does not contain iron .
本発明のように、冷却速度が速くても硬化が少ないニッケルを溶接材料の主成分とすることで、溶接時の予熱処理や溶接後熱処理における温度調節、温度管理を容易にし、これにより現場での溶接施工を容易にすることができる。また、溶接時の予熱処理を不要とすることも可能である。
また、本発明ではニッケルにクロムを添加している。ニッケルは高温で酸化、腐食しやすいため、クロムを添加することで耐酸化性、耐食性を向上させることができる。ただし、クロムは溶接部を硬化させる性質があるため、クロムの添加量が多いと補修後に熱応力による割れが再び生じるおそれが生じる。そこで本発明では、クロムの添加割合を0.8重量%〜5.5重量%と最小限にすることにより、補修後の割れの再発を起こすことなく、補修部の耐酸化性、耐食性を確実に向上させることができる。
As in the present invention, the main component of the welding material is nickel, which has a low cooling rate even if the cooling rate is high, thereby facilitating temperature control and temperature control during pre-heat treatment and post-weld heat treatment during welding. It is possible to facilitate welding. It is also possible to eliminate the need for pre-heat treatment during welding.
In the present invention, chromium is added to nickel. Since nickel is easily oxidized and corroded at high temperatures, the addition of chromium can improve the oxidation resistance and corrosion resistance. However, since chromium has a property of hardening the welded portion, if the amount of chromium added is large, there is a risk that cracking due to thermal stress will occur again after repair. Therefore, in the present invention, the addition ratio of chromium is minimized to 0.8% to 5.5% by weight, thereby ensuring the oxidation resistance and corrosion resistance of the repaired part without causing the recurrence of cracks after repair. Can be improved.
このように、本発明の鋳鋼部材の溶接材料によれば、鋳鋼部材に発生した亀裂を現場で確実に補修することができる。 Thus, according to the welding material of the cast steel member of the present invention, a crack generated in the cast steel member can be reliably repaired on site.
また、本発明において、炭素を0.03重量%〜0.08重量%を含んでいてもよい。。これにより、補修後の溶接部の強度を向上させることができる。 In the present invention, carbon may be contained in an amount of 0.03% to 0.08% by weight. . Thereby, the strength of the welded part after repair can be improved.
また、本発明において、ケイ素を0.4重量%〜0.8重量%を含み、かつマンガンを0.7重量%〜1.3重量%を含んでいてもよい。これにより、母材や大気中の酸素と結合させ、酸素を空洞欠陥とさせないようにすることができる。 In the present invention, silicon may be contained in an amount of 0.4 wt% to 0.8 wt%, and manganese may be contained in an amount of 0.7 wt% to 1.3 wt%. As a result, it can be combined with the base material and oxygen in the atmosphere to prevent oxygen from becoming a cavity defect.
また、本発明において、前記不純物であるリン及び硫黄の含有量がそれぞれ0.01重量%以下であってもよい。これにより、溶接部材の脆化を防ぐことができる。 In the present invention, the contents of phosphorus and sulfur as impurities may be 0.01% by weight or less , respectively. Thereby, embrittlement of a welding member can be prevented.
本発明によれば、鋳鋼部材に発生した亀裂を現場で確実に補修することができる。 According to the present invention, a crack generated in a cast steel member can be reliably repaired on site.
本実施形態に係る溶接材料について説明する。
図1は、火力発電所や原子力発電所等に設けられる蒸気タービン車室の外殻部材10である。この外殻部材10は、例えばCrMo鋳鋼などからなり、その起動・停止に伴って熱応力を受ける。これにより外殻部材10はクリープ損傷を受け、その内側の表面11に亀裂12が発生する。以下、この亀裂12の補修をする場合を例として、本実施形態の鋳鋼部材の溶接材料について説明する。
The welding material which concerns on this embodiment is demonstrated.
FIG. 1 shows an
図2は、本実施形態の溶接材料の成分の特徴を説明する図である。同図に示すように、本実施形態の溶接材料は、ニッケルを主成分とする合金である。ニッケルは、冷却速度が速くても硬化が少ないので、ニッケルを主成分とすることで、溶接時に行う予熱処理や溶接後熱処理(PWHT:Post Weld Heat Treatment)における温度調節、温度管理を容易にし、これにより現場での溶接施工を容易にすることができる。 FIG. 2 is a diagram for explaining the characteristics of the components of the welding material of the present embodiment. As shown in the figure, the welding material of the present embodiment is an alloy containing nickel as a main component. Nickel is hard to cure even if the cooling rate is high, so by using nickel as the main component, temperature control and temperature control in pre-heat treatment and post-weld heat treatment (PWHT) are easy. As a result, on-site welding can be facilitated.
また、この溶接材料は、クロム(Cr)、炭素(C)、ケイ素(Si)、マンガン(Mn)、クロム(Cr)を含んでいる。 Moreover, this welding material contains chromium (Cr), carbon (C), silicon (Si), manganese (Mn), and chromium (Cr).
前述のニッケルは高温で酸化、腐食しやすい性質があるため、クロムを添加することで耐酸化性、耐食性を向上させることができる。その一方で、クロムは溶接部を硬化させる性質があるため、クロムの添加量が多過ぎると、今度は補修後に熱応力による割れが生じやすくなる。そこで、本実施形態の溶接材料では、クロムの添加割合を約1〜5重量%と最小限にしている。より具体的には、クロムの添加割合を0.8〜5.5重量%としている。このように、クロムの添加量を最小限にすることにより、補修後の割れの再発を起こすことなく、補修部の耐酸化性、耐食性を確実に向上させることができる。 Since nickel described above has a property of being easily oxidized and corroded at a high temperature, the addition of chromium can improve the oxidation resistance and corrosion resistance. On the other hand, since chromium has a property of hardening the welded portion, if the amount of chromium added is too large, cracking due to thermal stress is likely to occur after repairing. Therefore, in the welding material of this embodiment, the addition ratio of chromium is minimized to about 1 to 5% by weight. More specifically, the addition ratio of chromium is set to 0.8 to 5.5% by weight. In this way, by minimizing the amount of chromium added, the oxidation resistance and corrosion resistance of the repaired portion can be reliably improved without causing the recurrence of cracks after repair.
また、図2に示すように、本実施形態の溶接材料には、鉄(Fe)が含まれていない。これは以下のような理由による。通常、溶接部の強度を増強させるためには、鉄を添加することが有効とされている。しかし、鋳鋼部材に対して溶接施工を行う際には、母材の鋳鋼部材(例えばCr−Mo鋳鋼)の主成分である鉄の一部が溶接部に混入する。そのため、ニッケルを主成分としている本実施形態の溶接材料では、この溶接時に混入する鉄分で、溶接部の強度を充分に維持することができる。そこで本実施形態の溶接材料では、鉄をあえて添加していない。このように溶接材料に予め鉄を添加しておかなくても、充分に溶接部の強度を上げることができるからである。 Moreover, as shown in FIG. 2, the welding material of this embodiment does not contain iron (Fe). This is due to the following reasons. Usually, it is considered effective to add iron in order to increase the strength of the weld. However, when welding is performed on a cast steel member, a part of iron which is a main component of a base cast steel member (for example, Cr-Mo cast steel) is mixed in the welded portion. For this reason, in the welding material of the present embodiment containing nickel as a main component, the strength of the welded portion can be sufficiently maintained by the iron component mixed during the welding. Therefore, in the welding material of this embodiment, iron is not added intentionally. This is because the strength of the welded portion can be sufficiently increased without adding iron to the welding material in advance.
また、本実施形態の溶接部材では、リン(P)や硫黄(S)の添加割合をそれぞれ0.01重量%以下としている。リンや硫黄といった不純物は溶接部材を脆化させる虞があるので、高温処理等によりこれらの成分の含有割合を最小限としている。 Moreover, in the welding member of this embodiment, the addition ratio of phosphorus (P) and sulfur (S) is 0.01% by weight or less, respectively. Since impurities such as phosphorus and sulfur may cause the welded member to become brittle, the content ratio of these components is minimized by high-temperature treatment or the like.
図3は、本実施形態の溶接部材の成分例を示した図である。 FIG. 3 is a diagram showing an example of components of the welding member of the present embodiment.
同図に示すように、Case 1の溶接部材では、炭素の添加割合は0.05重量%(以下、「%」は重量%を意味するものとする)、ケイ素は0.6%、マンガンは1.0%、クロムは1.0%であり、残部がニッケルである。ただし、実際の配合にあたっては、炭素は0.03〜0.08%、ケイ素は0.4%〜0.8%、マンガンは0.7〜1.3%、クロムは0.8%〜1.2%の範囲の添加割合にあれば誤差として許容するものとする。
As shown in the figure, in the
Case 2の溶接部材では、炭素の添加割合は0.05%、ケイ素は0.6%、マンガンは1.0%、クロムは5.0%であり、残部がニッケルである。ただし、実際の調製にあたっては、炭素は0.03〜0.08%、ケイ素は0.4%〜0.8%、マンガンは0.7〜1.3%、クロムは4.5%〜5.5%の範囲の添加割合にあれば誤差として許容するものとする。
In the
次に、このような溶接部材を使用した外殻部材10の補修方法を説明する。図4は、外殻部材10の補修方法の一例を説明するフローチャートである。
Next, the repair method of the
同図に示すように、まず、外殻部材10に発生した亀裂12とその周囲を切削して凹部を形成する(S1)。例えば、図5は外殻部材10の肉厚方向の断面図であるが、外殻部材10の表面11を、亀裂12を全て含むようにして切削し、凹部13を形成する。
As shown in the figure, first, a
次に、形成した凹部13とその周囲を、例えばバーナー、電気ヒーターで200℃〜300度程度に予熱する(図2のS2)。但し、本実施形態の溶接部材は冷却速度が速くても硬化が少ないニッケルを主成分としているため、この予熱は行わなくてもよい。また、予熱をする場合であっても、温度調節は容易である。
Next, the formed
次に、溶接部材を用いて凹部13を肉盛溶接する(S3)。例えば、図6に示すように、被覆アーク溶接により、溶接棒を用いて凹部13に溶接部材を導入し、肉盛部14を形成する。
Next, build-up welding of the recessed
なお、この肉盛溶接の際、凹部13の近傍から母材の鉄分が加熱により溶脱し、肉盛部14に侵入する(符号16)。溶接部材には前述のように鉄が添加されていないが、この侵入した鉄分により、溶接部の強度は増加する。
In this build-up welding, the iron content of the base metal is leached from the vicinity of the
最後に、肉盛溶接を行った溶接部に対して、溶接後熱処理を行う(図2のS4)。具体的には、肉盛部14やその周囲を例えばバーナー、電気ヒーターで700℃程度に加熱して保持した後、徐冷する。
Finally, a post-weld heat treatment is performed on the welded portion that has undergone overlay welding (S4 in FIG. 2). Specifically, the build-up
この溶接後熱処理により、溶接部の残留応力が除去される。さらに、本実施形態の溶接部材は、冷却速度が速くても硬化が少ないニッケルを主成分としているため、冷却に伴う溶接部への応力負荷を効果的に抑えることができる。そのため、通常の溶接後熱処理よりも、溶接部の温度調節は容易となっている。 By this post-welding heat treatment, the residual stress in the welded portion is removed. Furthermore, since the welding member of the present embodiment is mainly composed of nickel that is hard to cure even when the cooling rate is high, the stress load on the welded portion accompanying cooling can be effectively suppressed. Therefore, it is easier to adjust the temperature of the welded part than the normal post-weld heat treatment.
以上のように、本実施形態の鋳鋼部材の溶接材料は、冷却速度が速くても硬化が少ないニッケルを主成分としているので、予熱処理や溶接後熱処理における温度調節、温度管理を容易にし、これにより現場での溶接施工を容易にすることができる。また、この溶接材料ではクロムが最小限(0.8%〜5.5%)添加されているので、補修後の割れを再発させることなく補修部の耐酸化性、耐食性を向上させることができる。
このように、本実施形態の溶接材料によれば、鋳鋼部材に発生した亀裂を現場で確実に補修することができる。
As described above, the welding material of the cast steel member of the present embodiment is mainly composed of nickel that is hard to cure even if the cooling rate is high. Therefore, temperature adjustment and temperature management in pre-heat treatment and post-weld heat treatment are facilitated. This makes it easy to perform welding on site. In addition, since chromium is added to the welding material at a minimum (0.8% to 5.5%), the oxidation resistance and corrosion resistance of the repaired portion can be improved without recurring cracks after the repair. .
Thus, according to the welding material of this embodiment, the crack which generate | occur | produced in the cast steel member can be reliably repaired on-site.
なお、以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。 In addition, the description of the above embodiment is for facilitating understanding of the present invention, and does not limit the present invention. The present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and the present invention includes equivalents thereof.
10 外殻部材、11 表面、12 亀裂、13 凹部、14 肉盛部 10 Outer shell member, 11 Surface, 12 Crack, 13 Recess, 14 Overlay
Claims (4)
ニッケルを主成分とし、ニッケル以外の成分として、0.8重量%〜5.5重量%のクロム及び不純物のみを含み、鉄は含まないことを特徴とする鋳鋼部材の溶接材料。 A welding material used to repair a crack generated in a cast steel member,
A welding material for a cast steel member comprising nickel as a main component and containing only 0.8 wt% to 5.5 wt% of chromium and impurities as components other than nickel and not containing iron .
ニッケルを主成分とし、ニッケル以外の成分として、0.8重量%〜5.5重量%のクロム、0.03重量%〜0.08重量%の炭素、及び不純物のみを含み、鉄は含まないことを特徴とする鋳鋼部材の溶接材料。 A welding material used to repair a crack generated in a cast steel member,
Contains nickel as its main component , and contains only 0.8 wt% to 5.5 wt% chromium, 0.03 wt% to 0.08 wt% carbon , and impurities as components other than nickel , and no iron A welding material for cast steel members.
ニッケルを主成分とし、ニッケル以外の成分として、0.8重量%〜5.5重量%のクロム、0.03重量%〜0.08重量%の炭素、0.4重量%〜0.8重量%のケイ素、0.7重量%〜1.3重量%のマンガン、及び不純物のみを含み、鉄は含まないことを特徴とする鋳鋼部材の溶接材料。 A welding material used to repair a crack generated in a cast steel member,
Nickel as a main component, and as components other than nickel , 0.8 wt% to 5.5 wt% chromium, 0.03 wt% to 0.08 wt% carbon, 0.4 wt% to 0.8 wt% Material for welding a cast steel member, which contains only 1 % by weight of silicon, 0.7% by weight to 1.3% by weight of manganese , and impurities, and does not contain iron .
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